KR100936120B1 - 로울러형 하중검출장치를 이용한 크레인의 안전제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크레인의 인양 및 하역작업에서 차량과 인명에 대해 안전을 확보하기 위한 안전제어시스템에 관한 것으로, 다단붐(15)의 신축길이를 감지하고 과권기능을 동시에 수행하는 붐길이센서(2)와, 다단붐(15) 하단 또는 붐 상단의 후방에 메인후크 또는 보조후크의 와이어에 취부되는 부재에 3개의 로울러를 이용한 핀형로드셀을 설치하여 인양하중을 검출할 수 있게 한 로울러형하중검출장치와, 다단붐(15)의 경사각을 감지하는 붐각도센서(5)와, 중량물을 인양할 때에 후크(Hook)의 와이어가 과도하게 과권되는 경우에 안전보조장치(9)를 이용하여 과권경보를 하며, 상기 로울러형하중검출장치, 붐각도센서(5), 붐길이센서(2)로 부터 크레인의 작업조건을 수신하는 입력부를 구비한 안전제어장치(7)에서 검출된 실제인양하중값과 장비 메이커로 부터 제공된 정격하중표와 비교하여 명시된 작업반경 기준으로 인양하중 능력을 판단하여 크레인이 안전한 작업 범위도를 벗어나지 않도록 자동 제한하도록 전기신호를 출력하는 기능을 구비한 안전제어장치(7)로 구성되며,

또한 인양되는 인양물의 하중을 검출하는 로울러형하중검출장치를 갖고 검출된 하중을 직진식 유압크레인의 탑시트(6) 또는 스윙 포스터의 좌우측에 디지털 표시장치를 구비하고, 인양하중을 기록하고, 별도의 출력장치를 이용하여 인양 및 하역작업에 대한 정보를 관리,출력하는 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 로울러형 하중검출장치를 이용한 크레인의 안전제어시스템에 관한 것이다.

크레인, 안전제어장치, 로울러형 하중검출장치, 하중디지털표시, 정격하중표, 핀형로드셀, 운행기록 및 출력장치

Description

로울러형 하중검출장치를 이용한 크레인의 안전제어시스템{Safety Control System of Crane Using Three Roller Tensiometer}

본 발명은 직진식 유압크레인의 안전한 작업범위도를 규제 및 관리하는 안전제어장치에 관한 것으로, 상세하게는 여러 개의 단으로 나누어져 이 각단의 붐을 신축시켜서 작업반경에 따라 붐의 길이를 가변시킬 수 있도록 된 직진식크레인으로 차량 또는 선상의 프레임에 고정 설치된 스윙포스트(17)와 상기 스윙포스트에 메인샤프트(18)를 지지축으로 회전가능하게 결합되는 1단붐과 상기 1단붐에 인출 가능하게 삽입되는 다수의 다단붐과, 상기 다단붐의 선단에서 하중물을 인양하는 메인후크(12) 또는 보조후크(13)와 함께 구성되며, 상기 2종의 후크를 상하방향으로 들어 올리는 메인윈치드럼과 보조윈치드럼으로 구성되며, 상기 1단붐을 상하방향으로 들어 올리는 기복실린더(56)로 구성되어 있다.

본 발명이 속하는 일반적인 종래 크레인은 다단붐의 인출거리와 1단붐의 경사각에 따라 메인샤프트(18)에서의 회전 모멘트(Moment)값이 달라지고 그로 인해 인양할 수 있는 정격하중이 달라지므로 이를 고려하지 않고 인양 및 하역작업을 하다 보면 크레인의 전복 및 붐의 꺽임현상이 발생하여 안전사고가 발생하는 문제가 있었다.

상기한 바의 문제점들을 해소하기 위해 인양하중을 압력센서를 이용하여 다단붐의 모멘트로 발생되는 힘을 기복실린더의 로드측과 튜브측에 가해지는 오일압력을 차압검출방식으로 측정하여 붐에 걸리는 과부하를 방지하도록 발명된 특허가 출원번호 특1994-0029334와 공개번호 10-2003-0045483에 공보 되었다.

상기 특허가 제시하는 방법은 종래의 방식으로 크레인의 작업조건에 따른 각 센서의 입력 값을 기준으로 붐의 자중에 의한 모멘트 값과 기복실린더에 걸리는 모멘트값을 토대로 붐의 인양하중을 산출하는 과정은 실질적인 구현과정에서 문제점을 많이 내포하고 있다. 즉 모멘트에 의한 인양 하중값을 산출하는 과정은 각 장비별로 장비에 대한 정확한 기구학적 해석을 통하여 수학적 모델의 산출에 근거한다.

그러나 이런 과정에서 산출된 즉 기구학에 근거한 수학적 모델링은 모델링오차를 수반하고, 마이크로컴퓨터의 프로그래밍 과정을 거치는 동안에 많은 오차를 발생시켜 실질적으로 정확한 인양하중을 작업자에게 제시하기 어렵다.

그리고 계열화된 다양한 장비들을 대응하기 위한 제품화 과정이 길고, 많은 시간을 투입하여 실차 검증시험을 수행하는 번거로움이 많았다.

따라서 생산성측면에서 제품의 단가가 고가인 관계로 일부 대형 크레인에만 적용 및 보급이 되었다.

본 발명의 배경이 될 수 있는 종래 발명으로는 특허 출원 제10-1994-0029334호(직진식 유압크레인의 과부하 방지장치) 및 특허 공개번호 제10-2003-0045483호(크레인 과부하 방지장치)가 있다.

본 발명은 상기한 바의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 크레인의 인양하중을 1차함수의 선형적 특성을 나타내는 메인후크 또는 보조후크의 와이어로프의 인장력을 직접적으로 측정할 수 있는 로울러형 하중검출장치를 직진식 유압크레인에 적합하게 발명하여 실제인양하중값을 검출하며, 장비 메이커에서 제공하는 정격하중표(Load Chart)의 작업반경을 기준으로 정격하중을 산출하고 이를 기준으로 비교연산하여 크레인의 작업범위를 자동 제한하며, 상기의 과정으로 산출된 실제인양하중값과 현 작업상태에서의 정격하중값 또는 부하율을 실시간으로 작업자에게 정확하게 제공하는 인디게이터를 구비하며, 탑시트(6) 또는 스윙포스터(17)의 좌우측에 안전제어장치(7)와 안전보조장치(9)를 구비하고, 인양 및 하역작업시에 인양물의 하중을 기록하고, 별도의 출력장치를 이용하여 인양 및 하역작업에 대한 운행자료를 관리 및 출력하는 부가기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 로울러형 하중검출장치를 이용한 크레인의 안전제어시스템에 관한 것이다.

상기 발명된 로울러형 하중검출장치를 이용한 안전제어시스템은 기계,전자,센서신호처리기술을 접목하여 전체시스템을 단순화시키고, 실제인양하중값을 정밀하게 계측하여 작업자가 관심이 많은 하중값을 제시하며, 상부 탑시트와 차체의 좌우측 스윙포스트에서 메인작업을 할 수 있는 시스템을 제공하며, 효과적이고 일반적인 시스템 셋업기술을 개발하여 다양한 업체와 장비에 대해 신속히 장착 및 적용할 수 있으며, 정확도, 안전성, 향상된 내구성능, 작업시간 단축 등으로 보다 향상된 기능, 성능, 편의성을 제공하는 효과가 있는 새로운 크레인의 안전제어시스템을 제공한다.

본 발명은 직진식 유압크레인에 적용한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 크레인의 안전장치들이 장착된 크레인의 좌측면도(차량의 장착기준임)이고,

도 2 ~ 6은 본 발명에 적용된 메인후크(12)용 로울러형 하중검출장치(3)에 대한 상세한 실시도이며,

도 7은 본 발명에 따른 크레인의 안전보조장치 및 하중계인디게이터들이 장착된 크레인의 우측면도이다.

본 발명에 따른 크레인의 안전제어시스템은, 직진식 유압크레인에 있어서,
다단붐(15)의 신축된 길이를 감지하고, 후크의 와이어로프(19)의 과권신호를 전송하는 기능을 겸비한 붐길이센서(2)와,
상기 후크 와이어로프(19)의 과권상태를 검출하는 과권스위치(1) 및 과권추(20)와,
과권경보 및 부하율에 대한 경보기능을 제공하며 경고음을 발생시키는 안전보조장치(9)와,
다단붐(15)의 경사각을 측정하며 로울러형 하중검출장치(3)의 우측면에 장착된 붐각도센서(5)와,
메인후크의 와이어로프(19)의 인장력을 3개의 로울러를 이용하여 측정하되, 실제 인양물의 하중을 검출하도록 핀형 로드셀(16)의 미세한 전압신호를 1차적으로 증폭하여 전송하는 신호전송기(4)를 구비한 로울러형 하중검출장치(3)와,
상기 로울러형 하중검출장치(3)로 부터 입력된 입력값을, 사전에 장비 정렬과정을 통해 실제인양하중값과 상기 로울러형 하중검출장치(3)의 출력전압과의 정합(Mapping) 과정을 거쳐 생성된 1차함수인 최대인양하중 범위를 이용하여 후크 및와이어로프의 중량이 포함된 인양물의 실제인양하중값을 연산하며,
상기 붐길이센서(2)와 붐각도센서(5)의 출력값을 수신하여 그 입력값을토대로 표1에 도시된 정격하중표의 작업반경 또는 수평상태의 붐길이를 기준하여 정격하중값을 연산하며, 상기 연산된 실제인양하중값과 정격하중값을 비교하여 메이커에서 제공하는 작업범위도를 감시 및 경고, 제한하는 전기신호를 부하율에 따라 3단계로 출력하는 안전제어장치(7)를 구비한 것을 특징으로 하는 로울러형 하중검출장치를 이용한 크레인의 안전제어시스템이다.
상기에 있어 작업범위도란 크레인의 전복 및 붐의 꺽임현상 등 안전사고의 발생을 방지하기 위한 작업반경 범위를 말한다.
원래 본 발명이 속하는 일반적인 크레인은 다단붐의 인출거리와 1단붐의 경사각에 따라 메인샤프트에서의 회전 모멘트(Moment)값이 달라지고 그로 인해 인양할 수 있는 정격하중이 달라지게 된다.
따라서 작업 범위도를 고려하지 않고 인양 및 하역작업을 하다 보면 크레인의 전복 및 붐의 꺽임현상 등 안전사고가 발생하게 되는 바, 이를 해결하고자 크레인을 제조하는 메이커에서는 작업범위에 따른 도표(기재 생략)를 설정하고 활용토록 함으로서 크레인의 과도한 모멘트 발생을 방지하여 안전사고가 발생하는 것을 방지하게 된다.
또한, 보조후크(13) 및 보조원치드럼(도시되지않음)으로 탑시트(6)에서 붐신축, 원치상승/하강, 붐기복, 붐선회와 같은 메인작업을 수행하는 중대형 크레인의 경우에 붐의 상단에 메인후크용 로울러형하중검출장치(3)과 동일한 개념으로써, 상기 다단붐(15)의 상부에 3개의 로울러를 이용하여 와이어로프의 인장력으로 발생하는 힘의 방향(F')이 반대로 작용하는 핀형로드셀(16)로 이루어진 로울러형하중검출장치(11)를 추가 장착하고 인양작업중에 작업자가 수시로 보조후크(13)을 이용한 인양물의 실제인양하중값을 정확히 파악할 수 있도록 별도의 하중계인디게이터(8)를 탑시트(6)에 장착하고, 상기 보조후크의 실제인양하중값을 전시하기 위해 보조후크의 세그멘트표시부(36)를 갖도록 구성한다.
상기에 있어 하중계인디게이터(8)는 도9에 도시한 바와 같이 작업 상황에 따라 메인후크(12)의 인양물의 실제인양하중값을 작업자가 탑시트(6)에서 파악할 수 있도록 스윙포스터(17)의 좌측면에 설치된 안전제어장치(7)로 부터 시리얼 통신을 통해 실제인양하중값을 입력 받아 하중계인디게이터의 표시부로 전시할 수 있도록 통신기능을 구비하고 있다.
한편, 본 발명 크레인의 안전제어시스템에 있어, 다단붐(15)의 신축된 길이를 감지하고, 메인후크(12)의 와이어 로프(19)의 과권신호를 전송하는 기능을 겸비한 붐길이센서(2)의 경우, 상기 붐길이센서(2)의 와이어는 통상적으로 1선 또는 2선으로 이루어진 내마모성 전선으로 과권스위치(1)의 접점신호를 안전제어장치(7)로 전송하는 기능을 겸비하고 있다.
즉 상기 과권스위치(1)의 접점신호는 메인후크(12) 와이어로프(19)의 과권상태를 과권추(20)의 상승으로 NO(NORMAL OPEN)접점에서 NC(NORMAL CLOSE)접점으로 검출되는 신호로서, 과권경보 및 부하율에 대한 경보기능을 제공하게 된다.
한편, 상기 로울러형 하중검출장치는 메인후크용 로울러형 하중검출장치(3)와 보조후크용 로울러형 하중검출장치(11)로 나뉘어지는바, 이는 메인 와이어로프(19)가 메인 윈치드럼에 감겨질때 와이어의 탈선을 방지하고 와이어의 마모를 최소화하기 위한 위치로 도1에 도시된 바와 같이 붐의 선단에 장착된다.
한편, 이에 대한 구성을 살펴보면 도1 내지 도7에서 상세히 도시된 것과 같이 고정브래킷(21)이 1차적으로 다단붐(15)의 1단붐 하단면에 용접되며, 상기 고정브래킷(21)은 로울러형 하중검출장치(3)가 메인 와이어로프의 위치에 따라 유동적으로 좌우로 이동하여 장착을 수행하도록 장홀(30)을 구비하고, 4개의 볼트(28) 및 너트(29)로 로울러형 하중검출장치(3)를 용이하게 장착시킨다.
또한, 핀형로드셀(16)을 장착할 로드셀브래킷(22)과, 메인후크 와이어로프(19)의 인장력에 의해 발생되는 힘(F)을 핀형로드셀(16)로 전달하는 부재로써 솔리드형 니이들 로울러베어링을 장착한 메인로울러(23)와, 힘(F)에 의한 휨량을 검출하는 핀형로드셀(16)과, 메인로울러(23)와 함께 와이어로프의 인장력을 발생시키도록 지지하는 두개의 보조로울러(27)로 이루어지며, 상기 로드셀브래킷(22)에 메인로울러(23)를 삽입하며, 로드셀브래킷(22)의 로드셀삽입공(22b)을 통하여 메인로울러(23)의 삽입공으로 핀형로드셀(16)를 삽입하며, 로드셀브래킷(22)의 양측보스(22a)에 마련되어 있는 키홈에 스톱바(26)을 이용하여 핀형로드셀(16)를 고정시키고 고정볼트(24) 및 스프링와셔(25)로 조립하며, 로드셀브래킷(22)의 양측 샤프트삽입공에 핀샤프트(31)를 이용하여 보조로울러(27)를 관통하여 조립하고 축용C형 멈출링(32)으로 고정시키게 되며, 로드셀브래킷(22)의 일면측에는 핀형로드셀(16)의 신호를 증폭하여 전송하는 신호전송기(4)를 장착하며, 타면측에는 붐각도센서(5)를 장착토록 한다.
한편, 상기 로울러형 하중검출장치(3)는 도4에 도시한 바와 같이, 메인후크(12)의 와이어로프(19)의 인장력을 3개의 로울러를 이용하여 측정하는바, 상기 인장력을 측정하는 방식은 도7에 도시된 것과 같이 메인후크(12)에 실제 인양물을 권상하면 와이어로프(19)에 의해 C방향과 C'방향으로 힘(인장력)이 발생하고 이로 인해 핀형로드셀(16)의 수직 상향, 즉 F방향의 힘이 작용하여 핀형로드셀(16)에 인가된 여자전압(EXCITATION VOLTAGE)을 기준으로 실제인양하중에 비례하는 미세전압이 출력된다.
이어서, 로드셀브래킷(22)의 일면측에 장착된 신호전송기(4)에 의하여 상기 미세전압을 증폭하여 안전제어장치(7)에 전송하며, 사전에 장비 정렬과정을 통해 실제인양하중값과 상기 로울러형 하중검출장치(3)의 출력전압과의 정합(Mapping) 과정을 거쳐 생성된 1차함수에 의하여 실제인양하중값은 산출된다.
상기에 있어 1차함수란 사전에 장비 정렬과정을 통해 실제인양하중값과 상기 로울러형 하중검출장치(3)의 출력전압과의 정합(Mapping) 과정을 거쳐 생성된 함수를 의미하는 것으로, 실제인양하중의 범위를 모델링한 1차함수 모델에 의하여 실제인양하중값을 연산하게 된다.
이러한 1차함수 모델은 최소인양하중값과 최대인양하중값으로 생성된 직선함수를 의미하는 것으로, 실제인양하중값(알수 있는 값)과 핀형로드셀(16)의 출력전압과의 선형관계를 나타낸 함수다.
따라서, 상기 1차함수를 이용하여 후크 및 와이어로프의 중량이 포함된 인양물의 실제인양하중값을 연산하며, 상기 붐길이센서(2)와 붐각도센서(5)의 출력값을 수신하여 그 입력값을 토대로 정격하중표(표1)의 작업반경 또는 수평상태(0도 기준)의 붐길이를 기준하여 정격하중값을 연산하며, 상기 연산된 실제인양하중값과 정격하중값을 비교하여 부하율을 계산하게 된다.
한편, 상기 안전제어장치(7)는 크레인의 기종에 따라 표준작업 형태와 탑시트 형태(TOP SEAT TYPE)의 2가지 방식에 따라 장착위치가 달라질 수 있는 바, 메인작업이 탑시트(6)에서 이루어질 때는 안전제어장치(7)가 탑시트에 장착되는 차량이 있다.
상기 안전제어장치(7)는 도10의 기본구성도에 도시한 바와 같이
하드웨어처리 및 소프트웨어처리수단이 함께 결합된 것으로 차량에 부착된 붐길이센서(2)와 붐각도센서(5)의 출력신호에 의해 일정시간마다 붐의 자세를 산출하는 길이/각도센서신호처리수단(40)과, 로울러형 하중검출장치(3)의 출력신호에 의해 일정시간마다 하중을 산출하는 하중검출장치신호처리수단(41)과, 상기 길이/각도센서신호처리수단(40)과 하중검출장치신호처리수단(41)에 의해 산출한 인양하중, 붐길이, 붐각도, 작업반경 등을 세그멘트표시수단(33)으로 표시하고 제어를 행하는 디지털표시제어수단(39)과, 표시전환스위치(55)에 따라 표시전환을 위한 입력스위치부신호처리수단(42)을 갖추고 있다.
상기 하중검출장치신호처리수단(41)은 입력된 값을 최소 인양하중 범위에서 최대 인양하중 범위 사이의 1차함수를 선형화 하기 위해 여러 개의 직선함수로 나누어 모델링하고, 입력된 값에 따라서 여러 개의 1차함수 중에 1개의 1차함수의 구간을 이용하여 실제인양 하중값을 산출하게 된다.
참고로 상기 선형화 과정은 정확한 실제인양하중값을 산출하기 위한 수치해석상의 한 과정이며, 또한 상기 1차함수들은 사전에 장비 정렬과정을 통해 실제인양하중값과 상기 로울러형 하중검출장치(3)의 출력전압과의 정합(Mapping) 과정을 거쳐 생성하게 된다.
또한 상기 길이/각도센서신호처리수단(40)과 하중검출장치신호처리수단(41)의 산출값을 토대로 표1에 도시된 정격하중표의 작업반경 또는 수평상태에서 붐길이를 기준하여 정격하중값을 연산하며, 상기 연산된 실제인양하중값과 정격하중값을 비교하여 메이커에서 제공하는 작업범위도를 감시 및 경보, 제한하는 전기신호를 출력하는 출력신호처리수단(47)를 제어하는 마이크로콘트롤러(44)을 가진다.
상기 마이크로콘트롤러(44)는 실제인양하중값을 정격하중값으로 나눈 부하율을 산출하여 부하율이 85% 미만일 때는 녹색정상LED램프, 부하율이 85% ~ 99%일 때는 황색경고LED램프, 부하율이 100% 이상 일 때는 적색위험LED램프를 구동하도록 출력신호처리수단(47)을 제어하되, 상기 출력신호처리수단(47)은 작업자가 태양광 아래에서도 시인성을 확보할 수 있도록 이중의 삼색LED램프표시수단(34)을 이용하여 경고하게 된다.
한편, 상기 마이크로콘트롤러(44)는 부하율이 100% 이상 일 때는 적색위험LED램프의 구동과 동시에 안전보조장치(9)를 통하여 붐하강차단밸브(49), 메인원치차단밸브(51), 붐인출차단밸브(53)를 구동시켜서 붐기복실린더(50), 메인원치유압모터(52), 붐신축실린더(54)를 동시에 제한하고, 작업범위도를 벗어나서 과도한 모멘트를 발생시킬 수 있는 붐하강, 붐인출, 원치상승은 차단하고, 반대로 모멘트를 감소시키는 방향의 유압작동은 가능하게 하여 자동제한기능과 자동복귀기능을 동시에 수행하도록 출력신호처리수단(47)을 제어하는 기능을 구비하고 있다.
또한, 상기 마이크로콘트롤러(44)는 일정시간마다 기준타임을 제공하는 리얼타임클록처리수단(43)의 지원으로 장비의 인양 및 하역작업 상황을 날짜별,시간별로 하중을 비롯한 각종 데이터를 장비운행기록데이터처리수단(46)으로 저장 및 분류 처리하게되며, 필요시 상기 장비운행기록데이터처리수단(46)에 의해 처리된 데이터를 프린터/PC통신처리수단(48)을 통해 컴퓨터나 무선통신시스템으로 정보를 출력 또는 전송하게 된다.
또한, 상기 마이크로콘트롤러(44)는 장비의 작업자를 위한 실제인양하중값을 상부 탑시트(6)의 하중계인디게이터(8)로 전송하기 위해 시리얼통신신호처리수단(45)를 제어하며, 상기 프린터/PC통신처리수단(48)은 안전제어시스템을 크레인 장비에 설치하고 장비의 각종센서 정렬 및 설정을 위해 설정툴 키트(TOOLKIT)와 통신을 위한 통신포트로 활용되며,
상기 통신포트를 통해 장비의 이력관리를 행하며, 출하부터 사후관리를 위한 장비의 모델명, 차대, 차량번호, 사용자인식코드를 저장하여, 만약에 있을 안전제어장치들의 도난 및 불법개조를 방지할 수 있도록 하였다.

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한편, 상기 안전보조장치(9)는 도7, 도8에 도시한 바와 같이, 안전제어장치(7)와 더불어 스윙포스트 일측면에 장착되어 표준 메인작업을 수행할 때 부하율에 대한 정상, 경고, 위험상황에 대한 알람을 작업자에게 전달하기 위해 육안으로 볼 수 있는 표시등(37)과 시인성, 안전성을 높이기 위해 병렬로 구성된 고휘도 LED램프(38)에 의해 표시된다.

또한, 안전제어장치(7)의 출력신호인 경고 및 위험신호가 안전보조장치(9)에 입력되면 릴레이 접점(도시되지않음)이 전환되고, 경고 또는 위험 LED램프(38), 경보싸이렌(10), 동시에 붐하강차단밸브(49), 메인원치차단밸브(51), 붐인출차단밸브(53)를 구동시켜서 붐기복실린더(50), 메인원치유압모터(52), 붐신축실린더(54)를 차단하여 붐의 작동을 제한 규제하는 안전제어기능이 작동하도록 구성되어 있다.

이상과 같이 본 발명은 로울러형 하중검출장치를 이용한 크레인의 안전제어시스템으로 첨부된 상세도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예로서는 다수개가 존재할 수 있으며,

전술한 실시예는 직진식 유압크레인(카고 크레인)과 고정식 유압크레인에 대한 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명의 범위는 육상에만 한정되는 것은 아니며, 선상용 직진식 및 고정식 유압크레인에 동일하게 적용할 수 있으며, 기능의 변경만으로는 본 발명의 기본사상으로 실제인양하중 검출방식인 로울러형하중검출장치와 정격하중표 및 작업범위도를 이용한 방호 기술 및 기법을 본질적으로 벗어나지 않는 범위내에서는 본 발명에 대한 수정, 변경, 부가는 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해해야 한다.

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도 1은 본 발명에 따른 안전장치를 갖춘 크레인 시스템의 좌측면도에 대한 실시예

도 2는 본 발명에 따른 크레인의 안전제어장치의 정면도.

도 3은 본 발명에 따른 크레인의 로울러형 하중검출장치의 장착 브라켓의 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 크레인의 로울러형 하중검출장치의 정면도.

도 5는 도 1의 A-A 단면도.

도 6은 도 4의 B-B 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 안전장치를 갖춘 크레인 시스템의 우측면도에 대한 실시예.

도 8은 본 발명에 따른 크레인의 안전보조장치의 일 실시예.

도 9는 본 발명에 따른 크레인의 보조후크용 하중계 인디게이터의 일 실시예.

도 10은 본 발명에 따른 크레인의 안전제어장치의 일 실시예를 도시하는 블록도.

도 11은 본 발명에 따른 크레인의 유압제어장치의 일 실시예.

도 12는 본 발명에 따른 크레인의 정격하중표의 일 실시예(표1).

Claims (6)

1. 직진식 유압크레인에 있어서,

   다단붐(15)의 신축된 길이를 감지하고, 후크의 와이어로프(19)의 과권신호를 전송하는 기능을 겸비한 붐길이센서(2)와,

   상기 후크 와이어로프(19)의 과권상태를 검출하는 과권스위치(1)및 과권추(20)와,

   과권경보 및 부하율에 대한 경보기능을 제공하며 경고음을 발생시키는 안전보조장치(9)와,

   다단붐(15)의 경사각을 측정하며 로울러형 하중검출장치(3)의 우측면에 장착된 붐각도센서(5)와,

   메인후크의 와이어로프(19)의 인장력을 3개의 로울러를 이용하여 측정하되, 실제 인양물의 하중을 검출하도록 핀형 로드셀(16)의 미세한 전압신호를 1차적으로 증폭하여 전송하는 신호전송기(4)를 구비한 로울러형 하중검출장치(3)와,

   상기 로울러형 하중검출장치(3)로 부터 입력된 입력값을, 사전에 장비 정렬과정을 통해 실제인양하중값과 상기 로울러형 하중검출장치(3)의 출력전압과의 정합(Mapping) 과정을 거쳐 생성된 1차함수인 최대인양하중 범위를 이용하여 후크 및와이어로프의 중량이 포함된 인양물의 실제인양하중값을 연산하며,

   상기 붐길이센서(2)와 붐각도센서(5)의 출력값을 수신하여 그 입력값을 토대로 표1에 도시된 정격하중표의 작업반경 또는 수평상태의 붐길이를 기준하여 정격하중값을 연산하며, 상기 연산된 실제인양하중값과 정격하중값을 비교하여 메이커에서 제공하는 작업범위도를 감시 및 경보, 제한하는 전기신호를 부하율에 따라 3단계로 출력하는 안전제어장치(7)를 구비한 것을 특징으로 하는 로울러형 하중검출장치를 이용한 크레인의 안전제어시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 다단붐(15)의 상부에 3개의 로울러를 이용하여 와이어로프의 인장력으로 발생하는 힘의 방향이 반대인 로울러형 하중검출장치(11)를 추가 장착하고 인양작업중에 작업자가 수시로 인양물의 인양 및 적재하중을 정확히 계량할 수 있도록 하중계인디게이터(8)를 탑시트(6)에 장착하는 것을 특징으로 하는 로울러형 하중검출장치를 이용한 크레인의 안전제어시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 하중계인디게이터(8)는 작업 상황에 따라 메인후크(12)의 인양물의 실제인양하중값을 작업자가 탑시트(6)에서 파악할 수 있도록 스윙포스터(17)의 좌측면에 설치된 안전제어장치(7)로 부터 시리얼 통신을 통해 실제인양하중값을 입력 받아 하중계인디게이터의 표시부로 전시할 수 있도록 통신기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 로울러형 하중검출장치를 이용한 크레인의 안전제어시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 로울러형 하중검출장치(3)는 메인 와이어로프(19)가 윈치드럼에 감겨질때 와이어의 탈선을 최소화하기 위한 위치로써 다단붐(15)의 선단에 장착되며, 장착용 부재로써 고정브래킷(21)이 다단붐(15) 선단의 하단면에 용접되며,

   상기 고정브래킷(21)은 로울러형 하중검출장치(3)가 메인 와이어로프(19)의 위치에 따라 유동적으로 좌우로 이동하여 장착을 수행하도록 장홀(30)을 구비하고, 4개의 볼트(28) 및 너트(29)로 로울러형 하중검출장치(3)를 장착하며,

   상기 로울러형 하중검출장치(3)는 핀형로드셀(16)을 장착할 로드셀브래킷(22)과, 메인 와이어로프(19)의 인장력에 의해 발생되는 힘을 핀형로드셀(16)로 전달하는 부재로써 솔리드형 니이들 로울러베어링을 장착한 메인로울러(23)와, 휨량을 검출하는 핀형로드셀(16)과, 메인로울러(23)와 함께 와이어로프의 인장력을 발생시키도록 하는 두개의 보조로울러(27)로 이루어지며,

   상기 로드셀브래킷(22)에 메인로울러(23)를 삽입하며, 로드셀브래킷(22)의 로드셀삽입공(22b)을 통하여 메인로울러(23)의 삽입공으로 관통하여 핀형로드셀(16)를 삽입하며, 로드셀브래킷(22)의 양측보스(22a)에 마련되어 있는 키홈에 스톱바(26)을 이용하여 핀형로드셀(16)를 고정시키고 고정볼트(24) 및 스프링와셔(25)로 조립하며, 로드셀브래킷(22)의 양측 샤프트삽입공에 핀샤프트(31)를 이용하여 보조로울러(27)를 관통하여 조립하고 축용C형 멈춤링(32)으로 고정시키며,

   상기 로드셀브래킷(22)의 일면측에는 핀형로드셀의 신호를 증폭하여 전송하는 신호전송기(4)를 장착하며, 타면측에는 붐각도센서(5)를 장착토록 한 것을 특징으로 하는 로울러형 하중검출장치를 이용한 크레인의 안전제어시스템.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 안전제어장치(7)는 하드웨어처리 및 소프트웨어처리수단이 함께 결합된 것으로 차량에 부착된 붐길이센서(2)와 붐각도센서(5)의 출력신호에 의해 일정시간마다 붐의 자세를 산출하는 길이/각도센서신호처리수단(40)과, 로울러형 하중검출장치(3)의 출력신호에 의해 일정시간마다 하중을 산출하는 하중검출장치신호처리수단(41)과, 상기 길이/각도센서신호처리수단(40)과 하중검출장치신호처리수단(41)에 의해 산출한 인양하중, 붐길이, 붐각도, 작업반경 등을 세그멘트표시수단(33)으로 표시하고 제어를 행하는 디지털표시제어수단(39)과, 표시전환스위치(55)에 따라 표시전환을 위한 입력스위치부신호처리수단(42)을 갖추고, 상기 하중검출장치신호처리수단(41)은 입력된 값을, 사전에 장비 정렬과정을 통해 실제인양하중값과 상기 로울러형 하중검출장치(3)의 출력전압과의 정합(Mapping) 과정을 거쳐 생성된 1차함수인 최대인양하중 범위를 이용하여 후크 및 와이어로프의 중량이 포함된 인양물의 실제인양하중값을 산출하며,

   상기 길이/각도센서신호처리수단(40)과 하중검출장치신호처리수단(41)의 산출값을 토대로 표1에 도시된 정격하중표의 작업반경 또는 수평상태에서 붐길이를 기준하여 정격하중값을 연산하며, 상기 연산된 실제인양하중값과 정격하중값을 비교하여 메이커에서 제공하는 작업범위도를 감시 및 경고, 제한하는 전기신호를 출력하는 출력신호처리수단(47)를 제어하는 마이크로콘트롤러(44)을 가지며, 상기 마이크로콘트롤러(44)는 실제인양하중값을 정격하중값으로 나눈 부하율을 산출하여 부하율이 85% 미만일 때는 녹색정상LED램프, 부하율이 85% ~ 99%일 때는 황색경고LED램프, 부하율이 100% 이상 일 때는 적색위험LED램프를 구동하도록 출력신호처리수단(47)을 제어하되, 상기 출력신호처리수단(47)은 작업자가 태양광 아래에서도 시인성을 확보할 수 있도록 이중의 삼색LED램프표시수단(34)를 적용하며,

   상기 마이크로콘트롤러(44)는 부하율이 100% 이상 일 때는 적색위험LED램프의 구동과 동시에 안전보조장치(9)를 통하여 붐하강차단밸브(49), 메인원치차단밸브(51), 붐인출차단밸브(53)를 구동시켜서 붐기복실린더(50), 메인원치유압모터(52), 붐신축실린더(54)를 동시에 제한하고, 작업범위도를 벗어나서 과도한 모멘트를 발생시킬 수 있는 붐하강, 붐인출, 원치상승은 차단하고, 반대로 모멘트를 감소시키는 방향의 유압작동은 가능하게 하여 자동제한기능과 자동복귀기능을 동시에 수행하도록 출력신호처리수단(47)을 제어하는 기능을 구비하며,

   상기 마이크로콘트롤러(44)는 일정시간마다 기준타임을 제공하는 리얼타임클록처리수단(43)의 지원으로 장비의 인양 및 하역작업 상황을 날짜별,시간별로 하중을 비롯한 각종 데이터를 장비운행기록데이터처리수단(46)으로 저장 및 분류 처리하게되며, 필요시 상기 장비운행기록데이터처리수단(46)에 의해 처리된 데이터를 프린터/PC통신처리수단(48)을 통해 컴퓨터나 무선통신시스템으로 정보를 출력 또는 전송하며,

   상기 마이크로콘트롤러(44)는 장비의 작업자를 위한 실제인양하중값을 상부 탑시트(6)의 하중계인디게이터(8)로 전송하기 위해 시리얼통신신호처리수단(45)를 제어하며, 상기 프린터/PC통신처리수단(48)은 안전제어시스템을 크레인 장비에 설치하고 장비의 각종센서 정렬및 설정을 위해 설정툴 키트(TOOLKIT)와 통신을 위한 통신포트로 활용되며,

   상기 통신포트를 통해 장비의 이력관리를 행하며, 출하부터 사후관리를 위한 장비의 모델명, 차대, 차량번호, 사용자인식코드를 저장하여, 만약에 있을 안전제어장치들의 도난 및 불법개조를 방지할 수 있는 안전제어장치(7)를 구비한 것을 특징으로 하는 로울러형 하중검출장치를 이용한 크레인의 안전제어시스템.
6. 제1항에 있어서,

   상기 안전보조장치(9)는, 안전제어장치(7)와 더불어 스윙포스트 일측면에 장착되어 표준 메인작업을 수행할 때 부하율에 따라 경고 및 위험하중에 대한 정보를 작업자에 의해 육안으로 볼 수 있는 표시등(37)과 병렬로 구성된 LED램프(38)에 의해 표시되며,

   안전제어장치(7)의 출력신호처리수단(47)의 출력신호인 경보 및 제한신호는 안전보조장치(9)에 입력되면 릴레이 접점이 전환되고, 경고 또는 위험표시등과 경보싸이렌(10), 동시에 붐하강차단밸브(49), 메인원치차단밸브(51), 붐인출차단밸브(53)를 구동시켜서 붐기복실린더(50), 메인원치유압모터(52), 붐신축실린더(54)를 차단하여 붐의 작동을 제한, 규제하는 안전제어기능이 작동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로울러형 하중검출장치를 이용한 크레인의 안전제어시스템.

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